CN109598323B - 一种芯片 - Google Patents

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    • G06K19/07788—Antenna details the antenna being of the capacitive type

Abstract

本申请提供了一种芯片，所述芯片包括：由下至上堆叠设置的硅衬底层，第一金属层，功能电路层和第二金属层，所述各层之间以绝缘层相隔；所述第一金属层接地，设于硅衬底层之上；所述第二金属层位于芯片最上层，所述第二金属层印刷有片上天线；所述功能电路层设于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述功能电路层设有功能电路，所述功能电路用于，接收天线传输的毫米波能量中的高频分量，将其整流后得到整流分量，对所述高频分量和所述整流分量隔离处理得到直流分量，储存所述直流分量。本申请实施例提出的芯片，包括硅衬底层、毫米波RFID功能电路层以及片上天线层，并且各层间具有绝缘层，所述芯片能够实现毫米波RIFD芯片相关功能并且电磁性能可靠。

Description

一种芯片
技术领域
本申请涉及芯片技术领域，尤其涉及毫米波集成电路和片上天线的结构。
背景技术
射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。通过天线实现无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。随着技术的发展，60GHz频带短距离无线通信逐渐开始应用于RFID领域。60GHz频率的自由空间波长只有5毫米，采用很小体积的天线就可以实现无线数据的收发，进而可以有效减小RFID无线通信收发系统的体积，使其应用于更多希望应用RFID的场景中。
现有技术不足在于：
不存在电磁特性可靠的毫米波RFID芯片结构。
发明内容
本申请实施例提出了一种芯片结构，以解决现有技术中不存在电磁特性可靠的毫米波RFID芯片结构的问题。
本申请实施例提出了一种芯片，所述芯片包括：由下至上堆叠设置的硅衬底层，第一金属层，功能电路层和第二金属层，所述各层之间以绝缘层相隔；所述第一金属层接地，设于硅衬底层之上；所述第二金属层位于芯片最上层，所述第二金属层印刷有片上天线；所述功能电路层设于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述功能电路层设有功能电路，所述功能电路用于，接收天线传输的毫米波能量中的高频分量，将其整流后得到整流分量，对所述高频分量和所述整流分量隔离处理得到直流分量，储存所述直流分量。
有益效果如下：
本申请实施例提出的芯片，包括硅衬底层、毫米波RFID功能电路层以及片上天线层，并且各层间具有绝缘层，所述芯片能够实现毫米波RFID芯片相关功能并且电磁性能可靠。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了本申请实施例中芯片层结构示意图；
图2示出了本申请实施例中功能电路层主要电路结构的示意图；
图3示出了本申请实施例中芯片俯视示意图；
图中，1：硅衬底层，2：第一金属层，3：第二金属层，4：虚设金属层，5：绝缘层，6：氮化物层；7：馈入臂，8：横臂，9：尾臂，10：接地焊盘。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
发明人在发明过程中注意到：现有技术中不存在电磁特性可靠的毫米波RFID芯片结构。
基于此，本申请实施例提出了一种芯片，下面进行说明。
图1示出了本申请芯片层结构示意图，如图所示，所述芯片层结构中包括由下至上堆叠设置的硅衬底层(1)，第一金属层(2)，功能电路层和第二金属层(3)，所述各层之间以绝缘层相隔，这里的绝缘层通常为氧化物层。
所述第一金属层(2)设于硅衬底层之上，是各金属中最接近硅衬底层的金属层，所述第一金属层(2)接地。
在一些实施方式中，所述硅衬底层的介电常数为11.9。
在一些实施方式中，为保证隔离性能，所述第一金属层(2)和所述硅衬底层(1)之间由下至上还包括氧化物层(即第一氧化物层)，氮化物层和氧化物层，其中第一氧化物层的厚度为0.57μm，氮化物层的厚度为0.05μm。
所述第二金属层(3)位于芯片最上层，这里的最上层指最靠近芯片上方的金属层，在该层以上可以有其他的绝缘层或封装层等。所述第二金属层(3)印刷有片上天线。
在一些实施方式中，所述第一金属层的厚度为0.26μm，所述第二金属层的厚度为0.96μm。
在一些实施方式中，第一金属层(2)和所述第二金属层(3)之间设有四层虚设(Dummy)金属层(4)，各虚设金属层(4)之间，以及各虚设金属层与所述第一金属层(2)和第二金属层(3)之间以绝缘层相隔。这里的绝缘层通常为氧化物层。
所述功能电路层设于所述第一金属层(2)和所述第二金属层之间(3)，具体实现时可能位于芯片的多层中，各层之间有垂直连接。所述功能电路层设有功能电路，所述功能电路用于，接收天线传输的毫米波能量中的高频分量，将其整流后得到整流分量，对所述高频分量和所述整流分量隔离处理得到直流分量，储存所述直流分量。即所述功能电路层包括毫米波RFID标签的主要电路，其主要电路结构如图2所示。
图3示出了本申请实施例中芯片俯视示意图，其中显示了第一金属层(2)和第二金属层(3)，以及第二金属层(3)上的片上天线和接地焊盘。如图3所示，所述片上天线为倒F天线，所述倒F天线包括两条馈入臂(7)，横臂(8)，第一尾臂(9)和第二尾臂(10)；所述横臂(8)一端与所述两条馈入臂(7)垂直相接，另一端与第一尾臂(9)的一端垂直相接；所述第一尾臂(9)的另一端与所述第二尾臂(10)的一端垂直相接，所述第二尾臂(10)与所述横臂(8)位于所述第一尾臂(9)的同一侧。
天线的开放端弯曲(第一尾臂和第二尾臂)实现了一种更佳的倒F天线结构，其引入的电容效应有助于实现比普通的倒F天线更好的50Ω匹配和更宽的-10dB匹配带宽。
在一些实施例中，天线的具体尺寸可以为，馈入臂(7)长度100μm，横臂(8)的长度为350μm，第一尾臂(9)长度62μm，第二尾臂(10)长度50μm。
倒F天线从地平面到开放端可以是工作频率的四分之一导向波长，改变这个长度有助于调整倒F天线的共振频率。输入阻抗可以很容易地通过修改接地和馈电带之间的间距来匹配50Ω。此外，通过增加倒F天线横臂的高度远离接地层，我们可以稍微减小输入阻抗的实部和谐振频率。
在一些实施例中，天线通过在所述第二金属层(3)的多个接地焊盘(11)接地馈电，所述接地焊盘(11)为边长为80μm的正方形，各接地焊盘(11)呈直线排布，相邻的两个接地焊盘的中心间距为150μm，所述接地焊盘分别通过直径0.19μm的通孔连接到所述第一金属层。
在天线的输入阻抗的优化过程中，考虑到这些焊盘的位置面对地平面的电容效应，因此不需要进一步的去嵌入技术。
在一些实施例中，对所述芯片的有源区外一周进行深度刻蚀直至所述硅衬底层，并在有源区外侧覆盖氧化物层和氮化硅层，所述氮化硅层的厚度不小于3μm。把芯片工艺和顶层金属布局完成之后，需要对侧边也进行钝化层保护，通过如此的钝化封装工艺，能够确保裸芯片能在盐雾和水汽高温环境下长期贮存不失效。
有益效果：
本申请实施例提出的芯片，包括硅衬底层、毫米波RFID功能电路层以及片上天线层，并且各层间具有绝缘层，所述芯片能够实现毫米波RIFD芯片相关功能并且电磁性能可靠。本申请中毫米波标签芯片中天线尺寸小，能够集成到芯片中，整个毫米波标签的尺寸可以小到0.5mm见方以下，厚度可以在100微米甚至60微米以下；采用特殊的表面钝化层处理使本申请芯片可以较长时间浸泡在水溶液中等适合纸张、皮革或者织物的加工制造工艺以及后期的清洗、搬运和折叠等。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括：
由下至上堆叠设置的硅衬底层，第一金属层，功能电路层和第二金属层，所述各层之间以绝缘层相隔；
所述第一金属层接地，设于硅衬底层之上；
所述第二金属层位于芯片最上层，所述第二金属层印刷有片上天线；所述片上天线为倒F天线，所述倒F天线包括两条馈入臂，横臂，第一尾臂和第二尾臂；所述横臂一端与所述两条馈入臂垂直相接，另一端与第一尾臂的一端垂直相接；所述第一尾臂的另一端与所述第二尾臂的一端垂直相接，所述第二尾臂与所述横臂位于所述第一尾臂的同一侧；
所述功能电路层设于所述第一金属层和所述第二金属层之间，所述功能电路层设有功能电路，所述功能电路用于，接收天线传输的毫米波能量中的高频分量，将其整流后得到整流分量，对所述高频分量和所述整流分量隔离处理得到直流分量，储存所述直流分量。
2.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有四层虚设金属层，各虚设金属层之间，以及各虚设金属层与所述第一金属层和第二金属层之间以绝缘层相隔。
3.如权利要求2所述的芯片，其特征在于，所述第一金属层和所述硅衬底层之间至少包括第一氧化物层和氮化物层。
4.如权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述第一氧化物层的厚度为0.57μm，所述氮化物层的厚度为0.05μm。
5.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述馈入臂的长度为100μm，所述横臂的长度为350μm，所述第一尾臂的长度为62μm，所述第二尾臂的长度为50μm。
6.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述天线通过在所述第二金属层上的多个接地焊盘接地馈电，所述接地焊盘为边长为80μm的正方形，各接地焊盘呈直线排布，相邻的两个接地焊盘的中心间距为150μm，所述接地焊盘分别通过直径0.19μm的通孔连接到所述第一金属层。
7.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，对所述芯片的有源区外一周进行深度刻蚀直至所述硅衬底层，并在有源区外侧面覆盖钝化层。
8.如权利要求7所述的芯片，其特征在于，所述钝化层包括第二氧化物层和氮化硅层，所述氮化硅层的厚度不小于3μm。
9.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第一金属层的厚度为0.26μm，所述第二金属层的厚度为0.96μm。
10.如权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述硅衬底层的介电常数为11.9。
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